Installationstechnik und Elektromagnetische Verträglichkeit EMV

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1 Installationstechnik und Elektromagnetische Verträglichkeit EMV EMV- Fortbildungsveranstaltung für die VdS-anerkannten EMV-Sachkundigen Ahaus, 8. April

2 Programm Begrüssung und Informationen Grundsätzliches, Vorschriften, Normen Störquellen Kaffee- Handypause (15 Minuten) Installation Energieversorgung Mittagessen (60 Minuten) Ahaus, 8. April

3 Programm Fortsetzung Installation Energieversorgung Kommunikation Konzept der Planung und Installation Nachhaltigkeit Kaffee- Handypause (15 Minuten) Fragen, Diskussion ca. Schluss Ahaus, 8. April

4 EMV Die Elektro-Magnetische Verträglichkeit (EMV) ist die Fähigkeit einer elektrischen Einrichtung (Bauelement, Baugruppe, Gerät, Anlage) in einer vorgegebenen elektromagnetischen Umgebung in beabsichtigter Weise zu arbeiten, ohne dabei diese Umgebung durch elektromagnetische Wirkungen in unzumutbarer Weise zu beeinflussen. Definierung nach 89/336/EG sinngemäss in: CH: VEMV vom 9. April 1997 D: EMVG vom 18. September 1998 (2. Neufassung) Ahaus, 8. April

5 EMV-Argumente Steigende Gerätedichte Zunehmende Empfindlichkeit der Geräte Intensivere Vernetzung der Systeme Gesetzliche Vorgaben Ausgewogene EMV-Massnahmen erhöhen die Funktionssicherheit und reduzieren die Betriebsstörungen / Ausfallrate Die Zunahme an Geräten und deren Vernetzung auf immer kleinerem Raum bei gleichzeitiger Abnahme der Störfestigkeit führt dazu, dass die Schwelle zur störenden Beeinflussung zu viel geringeren Störenergien verlagert wird. Ahaus, 8. April

6 Gesetzliche Grundlagen Verordnungen Vorschriften VEMV (CH) EMVG (D) NISV (CH) 26. BlmSchV (D)* In der Schweiz speziell geregelt im/in Elektrizitätsgesetz Starkstromverordnung Schwachstromverordnung Leitungsverordnung NIV... * 26. Bundes-Immissionsschutzverordnung Ahaus, 8. April

7 Gesetzliche Grundlagen Normen Richtlinien EN (EN ) EN (EN ) EN EN EN EN EN EN DIN VDE 0100 Teile VDE 0100 Teil -444 VDE 0185 Teile -1, -2, -3 und 4 VDE 0848 VdS 2010 VdS 2349 Ahaus, 8. April

8 Überblick Installation Störquellen Energieversorgung Kommunikation Konzept Nachhaltigkeit Ahaus, 8. April

9 Störquellen NF / HF Schleifenflächen Netzrückwirkungen Elektromagnetische Felder Kopplungen Ahaus, 8. April

10 Störspektrum Frequenzumrichter Im unteren Frequenzbereich bis 1 MHz sind die Hochfrequenzeigenschaften nicht kritisch Störunterdrückung Sofern das Filter nicht für den HF geeignet ist, oder die Massen-Anbindung zwischen FU und Filter nicht hochfrequenztauglich ist, ergibt sich keine HF- Störunterdrückung Ahaus, 8. April

11 FU - Leitungsgebundene Störungen Gleichrichter Zwischenkreis Wechselrichter Eingebautes abgestimmtes Filter (gelb, rot) Netzleitungen Motorkabelschirm Motor FU (blau) Interne Referenzmasse PA / Armierung Streukapazitäten Ahaus, 8. April

12 FU - Leitungsgebundene Störungen Hauptstörer ist der Wechselrichter, mit dem Zwischenkreiskondensator als Quelle. Ist unmittelbar am FU-Ausgang kein abgestimmtes Filter eingebaut, das die Störströme direkt zum Zwischenkreis zurückleitet, breiten sich diese entlang vom Motorkabel und PA aus und nehmen einen Umweg über das Netzkabel um zum Zwischenkreis zurückzufliessen. Ahaus, 8. April

13 FU - Leitungsgebundene Störungen Trasse Ist am FU-Ausgang kein abgestimmtes Filter eingebaut und es wird ein abgeschirmtes Kabel verwendet, sollte ein Netzfilter eingesetzt werden um die auf den PA übergekoppelten / übergeleiteten Störströme wieder vom PA abzukoppeln und zum FU zurückzulenken. Somit nehmen die Störströme keinen noch grösseren Umweg über die Netzleitungen. Ahaus, 8. April

14 Störspektrum FL - gestrahlt Bürogeräte und PCs müssen EN einhalten FL nicht Grenzwerte aus: EN Für FL gelten diese aber nicht! Ahaus, 8. April

15 HF-Störsignale durch FL Kapazitive Einkopplung auf andere Leitungen Eingekoppeltes Störsignal ist zwar Gleichtaktsignal, aber Endgeräte müssen es wirksam unterdrücken Frequenzbereiche der Störsignale und der Datensignale von Fast- Ethernet (100MBits/s) sind nahezu identisch Diese Störimpulse entsprechen dem markierten Frequenzbereich auf der vorherigen Seite Ahaus, 8. April

16 Störspektrum FL Störspannung am NS-Stromversorgungsanschluss Grenzwerte aus: EN Ahaus, 8. April

17 Störspektrum FL Mögliche Anregungsfrequenz Ausschnitt: In diesem Frequenzbereich können Resonanzen auf langen Leitungen wie Niederspannungskabel angeregt werden Beeinflussung von Bussystemen möglich Ahaus, 8. April

18 Resonanzen Kabel ideal Kabel real Bei Kabellängen in der Grössenordnung von 50m oder länger: Impedanzüberhöhungen im Frequenzbereich einige 100kHz Erhöhte Spannungen im Frequenzbereich über 100kHz Verstärkte kapazitive Kopplung auf andere Leitungssysteme Auf Leitungen können grundsätzlich Resonanzen auftreten (Antenne) Es können Konstellationen vorkommen, bei denen die Randbedingungen (Leiterbeschaffenheit, Leiterlänge, Impedanzen,...) bei bestimmten Frequenzen Resonanzen begünstigen Störquellen können die Resonanzen anregen, die wiederum andere Einrichtungen stören können Ahaus, 8. April

19 Polleiterstrom bei 6 PCs Zeitsignal und Spektrum 5A 10dBA 250Hz 20ms Ahaus, 8. April

20 Neutralleiterstrom bei 18 PCs Zeitsignal 5A 20ms Ahaus, 8. April

21 Oberschwingungsgrenzwerte für Geräte der Klasse D (Netzteile) Oberschwingungs- Ordnung Zulässiger Höchstwert Oberschwingungsstrom je Watt ma/w Zulässiger Höchstwert Oberschwingungsstrom n A n 39 (nur ungerade Oberschwingungen) 3.85/n Siehe Tabelle 1 Nach EN Ahaus, 8. April

22 Feldverteilung konventionelle Leiteranordnung = 1 m 2 3 Polleiter mit je 500 A und Leiterabstand von 115 mm Ahaus, 8. April

23 Feldverteilung punktsymm.. Leiteranordnung = 1 m 2 2 x 3 Kabel mit je 250 A und Leiterabstand von 110 mm: alle Leiter auf einer Linie Ahaus, 8. April

24 Distanzabhängige B-Feldabnahme: B Gerät Nahbereich: Einleitereffekte dominieren Mittlere Entfernung: Hin- und Rückleiter-Effekt Fernbereich: Gerätedimension klein gegenüber dem Abstand Ahaus, 8. April

25 Galvanische Kopplung G1 G1 G2 G2 Werden die gleichen Leitungen von unterschiedlichen Geräten genutzt, überlagern die an den gemeinsam genutzten Leitungen abfallenden Spannungen die Nutzspannungen Ahaus, 8. April

26 Galvan.. Kopplung in Erdschleifen Bildung von Erdschleifen G1 G2 Bei Signalübertragung, wo das Gehäuse und der Kabelschirm ein Signalreferenzpotenzial bilden, muss die Erdung sternförmig aufgebaut werden Die Referenzerde wird nur an einem einzigen Punkt gefasst Ahaus, 8. April

27 Induktive Kopplung I s 1 3 M = 0.2 s ln(d 14 d 23 /d 13 /d 24 ) in µh Das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Schleife oder Leitung koppelt in eine benachbarte Schleife eine Spannung ein: 2 4 U S = 2πf M I I a b s M = 0.2 s ln(a/b) in µh Hochohmige Kreise sind wenig empfindlich auf induktive Einkopplung Ahaus, 8. April

28 Kapazitive Kopplung U S U 1 C S Z 2 U 1 = U S Z2 Z + 2 2π 1 fc S Ein Störleiter mit der Spannung US kann über parasitäre Kapazitäten eine Störspannung U1 auf eine andere Leitung übertragen Niederohmige Kreise sind wenig empfindlich auf kapaz. Einkopplung Ahaus, 8. April

29 Installation Ausführungsgrundsätze Potenzialausgleich / Vermaschung Ahaus, 8. April

30 Trennung von Netz- und Datenkabeln in Metallwannen 1) Minimale Lösung Verlegung mit räumlicher Trennung (EN ) 2) Gute Lösung Verlegung mit Unterteilung (EN ) 4) Beste Lösung Verlegung in separaten Metallwannen mit periodischer Vermaschung 3) Optimale Lösung Getrennte Verlegung in Metallrohren Ahaus, 8. April

31 Abstände von Netz- und Datenkabeln in Metallwannen (ohne Trennsteg) Art der Installation Ungeschirmte Netzkabel und ungeschirmte informationstechnische Kabel Ungeschirmte Netzkabel und geschirmte informationstechnische Kabel Geschirmte Netzkabel und ungeschirmte informationstechnische Kabel Geschirmte Netzkabel und geschirmte informationstechnische Kabel Abstand A Ohne Trennsteg oder nichtmetallener Trennsteg 200 mm 50 mm 30 mm 0 mm A A = 0 Nach EN Ahaus, 8. April

32 Abstände von Netz- und Datenkabeln in Metallwannen (mit Trennsteg) A Art der Installation Ungeschirmte Netzkabel und ungeschirmte informationstechnische Kabel Ungeschirmte Netzkabel und geschirmte informationstechnische Kabel Geschirmte Netzkabel und ungeschirmte informationstechnische Kabel Geschirmte Netzkabel und geschirmte informationstechnische Kabel Abstand A Trennsteg aus Stahl 50 mm 5 mm 2 mm 0 mm A Nach EN Ahaus, 8. April

33 Trassen metallisch durchverbunden (bei informationstechnischen Kabeln Wannen verwenden) Ahaus, 8. April

34 Trassen an deren Enden mit der Armierung verbinden solche Trassen sind für informationstechnische Kabel nicht geeignet! Ahaus, 8. April

35 Trassen an deren Enden mit dem Fundamenterder verbinden (UG-Bereiche) Ahaus, 8. April

36 Trassenübergänge grossflächig verbinden (bei infor- mationstechnischen Kabeln vorzugsweise ganzflächig) Ahaus, 8. April

37 TIPPS Trassen Vorzugsweise grossflächig durchverbundene Metallkanäle verwenden An den Enden und auf jeder Geschossebene mit Fundamenterder / Armierung verbinden Lange Trassen periodisch mit Fundamenterder / Armierung verbinden Übergänge horizontal / vertikal grossflächig verbinden Parallel geführte Trassen periodisch untereinander vermaschen Ahaus, 8. April

38 TIPPS Trassenaufbau, Leiteranordnungen Gemeinsame Trassen für Energieversorgungsund Kleinspannungssysteme Starkstromkabel von Kommunikations-, Datenoder Signalkabeln örtlich trennen (Separierung innerhalb Kabelwannen oder je separate Wanne) Einleiterkabel als Leiterbündel mit Auskreuzungen, bzw. punktsymmetrisch verlegen Hauptkabel (Energie und Kleinspannung) nahe an den Potenzialausgleichsstrukturen verlegen Ahaus, 8. April

39 Detail 1: Gliederung Schaltgerätekombinationen HLSK NSHV KOM NSV T MSV Ahaus, 8. April

40 1 2 2 Gliederung bei Schalt- gerätekombinationen z.b. SPS 1 Schirmanbindung mit EMV-Kabelverschraubung 2 geschirmtes Kabel 3 Schirmanbindung mit Schirmklemmbügel 3 FU Filter 230V 230V 230V 230V 24V 24V Energieversorgung Regeltechnik Ahaus, 8. April

41 Kabel mit Schirm Periphere Schirmanbindungen Kabelverschraubung Gehäuse Beispiele Kabelschirm D Schirm-Klemmbügel Kontaktschiene z.b. Umrichter D so kurz als möglich Ahaus, 8. April

42 TIPPS Schaltgerätekombinationen Gehäuse aus Metall. Grossflächig mit den Metall- Kabeltrassen verbinden Gehäuseeinführungen an einer Stelle (SPE) Kabelschirme bei den Einführungsstellen peripher kontaktieren Innerhalb der Gehäuse Einbauten nach Funktionsgruppen gliedern Einspeisungen von Systemen mit hohen Strömen (z.b. FU, Schaltschütze) direkt anspeisen Fortsetzung Ahaus, 8. April

43 Fortsetzung Schaltgerätekombinationen Niederspannungsgeräte im Bereich der externen Stromzuführungen platzieren Alle Verdrahtungen vorzugsweise in Sternstruktur (inkl. Schutzleiter) Leiterlängen so kurz als möglich (keine Reserveschlaufen) Erdanbindungen von Geräten und Überspannungsableitern direkt an den Metallstrukturen (Apparaterost, Metallplatte, Lochblech) vornehmen Hin- und Rückleiter gemeinsam führen Ahaus, 8. April

44 Detail 2: Installationsbeispiele Frequenzumrichter HLSK NSHV KOM NSV T MSV Ahaus, 8. April

45 Installation von extern platziertem Frequenzumrichter FE M FU SR NSHV Ahaus, 8. April

46 Installation Frequenzumrichter Durchverbundene Metallwanne Einführung mit EMV- Kabelverschraubung Beispiel: Frequenzumrichter im Schaltschrank platziert Schirmanbindung mit Schirmklemmbügel Geschirmtes Kabel EMV- Kabelverschraubung D Grossflächige Verbindung Wanne - Schrank Frequenzumrichter Filter Metallgrundplatte Motor Energieversorgung Regeltechnik D so kurz als möglich Ahaus, 8. April

47 Frequenzumrichter: Geforderte Schirmanbindungen sind peripher (EMV- Verschraubungen) auszuführen Ahaus, 8. April

48 Beispiel Frequenzumrichteranschlüsse IST Soll Ahaus, 8. April

49 TIPPS Frequenzumrichter FU-Einheiten vorzugsweise in Metallgehäusen platzieren FU-Systeme impedanzarm (grossflächig u. direkt) an den Potenzialausgleich / Erdung anschliessen Motorseitig angepasste Filter mit Zwischenkreisrückspeisung verwenden Zur Vermeidung von Netzrückwirkungen sind gegebenenfalls eingangsseitig Filter einzubauen Fortsetzung Ahaus, 8. April

50 Fortsetzung Frequenzumrichter FU-Einrichtungen von empfindlichen Systemen (z.b. Steuer- und Regeltechnik) separieren Geschirmte Kabel oder durchverbundene Metallrohre mit peripher kontaktierenden Verschraubungen verwenden Parallelführung von Motoren- und Steuerleitungen vermeiden Minimale Distanz zwischen FU und Antrieb Ahaus, 8. April

51 Detail 3: Beispiele Blitzschutz HLSK NSHV KOM NSV T MSV Ahaus, 8. April

52 Äusserer Blitzschutz Installation Blitzschutz Beispiel Aussenbeleuchtung Überspannungsschutz bei Übergang Zone 0 1 Mast und Aufhängung am äusseren Blitzschutz E SR Metallfassade als Bestandteil des äusseren Blitzschutzes Ahaus, 8. April

53 Windwächter Äusserer Blitzschutz Installation Blitzschutz Beispiel Windwächter Überspannungsschutz bei Übergang Zone 0 1 E SR Metallfassade als Bestandteil des äusseren Blitzschutzes Ahaus, 8. April

54 Exponierte Messeinrichtungen sind in den Blitzschutz zu integrieren Ahaus, 8. April

55 Anschluss von Überspannungsableitern Zonenübergang Zonenübergang UR + UL UA UA UR + UL hoher Spannungsabfall niedriger Spannungsabfall Abzweigleitungen sind zu vermeiden Ahaus, 8. April

56 Platzierung der Überspannungsableiter beim Übergang Zone 0-I0 Ahaus, 8. April

57 Überspannungsschutz unmittelbar beim Kabeleintritt platzieren. Erdanschluss direkt an Konstruktion. Ahaus, 8. April

58 TIPPS Überspannungsschutz Klare Trennung von ungeschützten und geschützten Bereichen Schutzelemente unmittelbar bei Zonenübergängen (z.b. 0 - I) platzieren Schutzelemente auf dem kürzesten Weg an Erde / Potenzialausgleich anschliessen Abzweigleitungen vermeiden Keine Parallelführung von Ableitstrom führenden Erdleitungen mit Installationskabeln Ahaus, 8. April

59 Potenzialausgleich / Vermaschung Bestandteile des Potenzialausgleiches bilden: Schutz- und Erdungsleiter Fundamenterder Armierungen von Decken, Wänden, Pfeilern usw. Durchverbundene Metalltrassen HLSK-Leitungssysteme und deren Geräte Metallkonstruktionen wie Stahlskelette, Metallfassaden, Aufzugsschienen, Podeste usw. Die Vermaschung dieser Bestandteile erhöht die Wirksamkeit des Potenzialausgleiches. Ahaus, 8. April

60 Hauptpotenzialausgleich (NIN) Metallisch durchverbundene Trassen bilden einen wesentlichen Bestandteil des Hauptpotnezialausgleiches 2. Erdungsleiter 3.1 Hauptpotenzialausgleichsleiter 4.1 Wasserleitung gut leitend und durchverbunden 9. Isolierstück (in Abh. von 4.1) 10. Blitzschutzanlage 11. Heizungsleitungen 13. Telekommunikationsanlage Ahaus, 8. April

61 Fundamenterder / Blitzschutz, Potenzialausgleich / Vermaschung Möglichkeiten von Ableitungen: über Fassadenkonstruktion (Metall) über Baukörper (Mauer, Holzkonstruktion) Quelle: Ing. Büro J. Häfliger, Luzern Angepasst für Schulungszwecke durch ARNOLD E. u. B. Ahaus, 8. April

62 Über Aufhängungen von Fassadenkonstruktionen enstehen zusätzliche Vermaschungen mit der metallischen Gebäudestruktur Ahaus, 8. April

63 Detail 4: Trassen Vermaschung HLSK NSHV KOM NSV T MSV Ahaus, 8. April

64 Potenzialausgleich / Vermaschung Trassen Projektausschnitt Anschluss an Armierung oder FE Hohlboden-Anschlusssystem (siehe Prinzipdetail) Ahaus, 8. April

65 CPU-Systeme Hohlboden-Anschluss Anschluss- system (Prinzip) Beleuchtung (Stehlampe) Beleuchtung Informatik Geräte Kabeltrasse Ahaus, 8. April

66 Detail 5: Beispiel Vermaschung HLSK HLSK NSHV KOM NSV T MSV Ahaus, 8. April

67 Potenzialausgleich / Vermaschung HLSK Beispiel FE siehe Detail Aufhängeband d 1) Detail verzinnte Cu-Litze Neoprene 1) Wenn d < 200 direkt an Träger anschliessen Rohr Kontaktbride Ahaus, 8. April

68 Detail 6: Vermaschung Trassen / Schränke HLSK NSHV KOM NSV T MSV Ahaus, 8. April

69 F T ST F V F V F ST T Potenzialausgleich / Vermaschung Trassen und Schränke Trassen in Doppelboden mit sinngemässer Vermaschung FE F T ST FE F A V Metall-Kabeltrassen Bei Verlegung von informationstechnischen Kabeln Metallwannen einsetzen Stossverbinder (metallisch kontaktiert) Fundamenterderanschluss (Wand / Boden) Flexibles Flachband (verschraubt) Armierungsanschluss (Variante) Verschraubung (Variante) F A Metallkonstruktion (HV, UV, VK, Rack) Ahaus, 8. April

70 Vermaschungen der Lüftungssysteme (Kanäle, Antriebe usw.) bilden einen Bestandteil des Potenzialausgleiches Ahaus, 8. April

71 Periodische Vermaschungen der Leitungssyteme Heizung und Sanitär mit den Kabeltrassen Ahaus, 8. April

72 Leitende Überbrückung von beweglichen Teilen (z.b. der Lüftung) Ahaus, 8. April

73 TIPPS Potenzialausgleich / Vermaschung Alle metallenen Gebäudestrukturen (Armierungen inkl. Fundamenterder, Metallkonstruktionen, Metalltrassen, Schrankgehäuse, Leitungen usw.) untereinander vermaschen Parallel geführte HLSK-Leitungssysteme periodisch untereinander vermaschen In allen unter Terrain liegenden betonierten Strukturen Fundamenterder verlegen Beim Gebäudeeintritt Werkleitungen an den Fundamenterder anschliessen Ahaus, 8. April

74 Klemmstellen Für die Stromübertragung ist die Kontaktkraft entscheidend Der Stromübergang erfolgt grundsätzlich linienförmig oder bei Flächenverbindungen punktuell Für gute Kontaktqualität müssen die Schrauben mit dem angegebenen Drehmoment angezogen werden Gute Schraubklemmstellen sind so gebaut, dass auch sie eine Federeigenschaft aufweisen Eignung für Leiterarten beachten (Litze, Aderendhülse,...) Ahaus, 8. April

75 TIPPS Klemmstellen Wenn Klemme und Leiterart aufeinander angepasst sind, und die Schraube mit dem optimalen Drehmoment angezogen wurde, ist ein Nachziehen kritisch Schrauben nicht zu fest anziehen, d.h. nicht stärker als mit dem vom Hersteller angegebenen Drehmoment (z.b. gelten für gewisse Typen M3: 0.5Nm, M4: 1.2Nm) Schrauben nicht zu schwach anziehen, denn dadurch ist die Kontaktkraft zu gering, die Klemme nicht gespannt, der Kontaktwiderstand und folglich die Temperatur überhöht Leiterarten nicht mischen, ausser wenn der Hersteller dies ausdrücklich zulässt Auf richtige Abisolierlänge achten Ahaus, 8. April

76 Klemmstellen Korrekte Spleissschutzmassnahmen treffen Litzen dürfen nicht auf der ganzen Kontaktlänge verzinnt werden, da Zinn insbesondere in Verbindung mit erhöhten Temperaturen und mechanischen Belastungen ausweicht / fliesst, was eine Abnahme der Kontaktkraft zur Folge hat Hohe Umgebungstemperaturen und Temperaturwechsel können Klemmstellen beeinträchtigen: negative Auswirkung auf Strombelastbarkeit und Materialstabilität Abnahme Kontaktkraft Zunahme Kontaktwiderstand Zunahme Kontakttemperatur Zunahme Alterung Ahaus, 8. April

77 Erdung = Erdung Unterschiedliche Funktionen: Personenschutz Blitzteilstromableitpfad Potenzialausgleich Signalreferenzmasse Reduktionsschleifen Schirmung Probleme durch Vermischen der Funktionen: Schutzerde als Störstromableitpfad missbraucht Potenzialausgleich als Signalreferenzmasse benutzt Signalreferenzmasse als Potentialausgleich missbraucht Ahaus, 8. April

78 Detailübersicht HLSK NSHV KOM NSV T MSV Ahaus, 8. April

79 Energieversorgung Schnittstelle EVU / Installation Neutralleiterbelastung Summenströme Immissionsbegrenzung Ahaus, 8. April

80 Schnittstelle EVU / Installation Der Hausanschlusskasten bildet in der Regel die Schnittstelle zwischen dem energieliefernden Werk und der Hausinstallation Es ist vorteilhaft für Hauszuleitungen auch im Niederspannungsverteilnetz 5-Leiter (TN-S) zu verlegen TN-C Besser TN-S TN-S Schnittstelle HAK TS Niederspannungsverteilnetz Hausinstallation Ahaus, 8. April

81 Summenströme in NS-Kabeln In einer Hauptleitung sollten die Hin- und Rückstromanteile identisch sein und somit in der Summe Null Im TN-C-System ist die Hauptursache für Summenströme das Fehlen von Rückstromanteilen im Neutralleiter Im TN-S-System ist die Hauptursache für Summenströme die in den Schutzleiter induzierte Spannung, welche in die Schleife - gebildet durch Schutzleiter und Potenzialausgleichsstruktur- einen Strom einprägt Werden die Potenzialausgleichs - oder PE-Leiter über längere Distanz gleichorientiert mit stromführenden Leitern (wie Pol- und N-Leiter) geführt, kompensieren sich die induzierten Spannungen nicht Ahaus, 8. April

82 Hauptleitungen mit NYCWY Typ NYCWY (Ceander) Mit konzentrischem stromtragfähigen Leiter aussen Innenleiter verdrillt Vernachlässigbarer induktiv eingekoppelter Strom in den Schutzleiter Im TN-S-System ergibt sich ein vernachlässigbarer Summenstrom PE Ahaus, 8. April

83 Zusammenhang PA-Strom u. B-FeldB I(L) [ka] und B [µt] I [A] Ahaus, 8. April

84 Magnetische Flussdichte [µt] Magnetfeldabnahme Auftrennung der Mehrfacherdungen des Neutralleiters Ahaus, 8. April

85 Abklingen von Magnetfeldern Spule, Trafo,.. Ahaus, 8. April

86 NISV (Beispiel CH) Die Verordnung über den Schutz vor nichtionisierender Strahlung ist ein Bestandteil des Umweltschutzgesetzes (USG). Die NISV schützt die Menschen vor schädlicher oder lästiger nichtionisierender Strahlung. Sie definiert Grenzwerte der Emission und Immission für: Frei- und Kabelleitungen Transformatorenstationen Unterwerke und Schaltanlagen Elektrische Hausinstallationen Eisenbahnen und Strassenbahnen Sendeanlagen für Mobilfunk und drahtlose Teilenehmeranschlüsse Sendeanlagen für Rundfunk und übrige Funkanwendungen Radaranlagen Ahaus, 8. April

87 NISV (Elektrische Hausinstallationen) Emission Kein Grenzwert Es gilt speziell: Speiseleitungen ab Verteiltafeln sternförmig Schlaufen in Speiseleitungen vermeiden HV-Systeme nicht in der Nähe des Schlafbereichs einrichten Immission Grenzwert: 100 µt (50 Hz) Muss überall eingehalten sein, wo sich Menschen aufhalten Gilt nur für Strahlung, die gleichmässig auf den ganzen Körper einwirkt Ahaus, 8. April

88 NISV (Transformatorenstationen) Emission Grenzwert: 1 µt Muss an Orten mit empfindlicher Nutzung eingehalten werden, wo sich Menschen regelmässig während längerer Zeit aufhalten Es gilt der massgebende Betriebszustand Immission Grenzwert: 100 µt (50 Hz) Muss überall eingehalten sein, wo sich Menschen aufhalten Gilt nur für Strahlung, die gleichmässig auf den ganzen Körper einwirkt Ahaus, 8. April

89 Transformatorenstation Hausinstallation Ahaus, 8. April

90 Immissionsgrenzwerte und ICNIRP Die ICNIRP hat Basisgrenzwerte definiert, welche diejenigen Wirkgrössen begrenzen, die beim Menschen direkt biologische Wirkungen auslösen (Stromdichte im Körper). Die ICNIRP hat daraus entsprechende Referenzwerte für messbare Feldgrössen abgeleitet. (Immissionsgrenzwerte) Die ICNIRP unterscheidet zwischen der allgemeinen Bevölkerung und dem Betriebspersonal am Arbeitsplatz, wo 5x höhere Referenzwerte gelten. Die ICNIRP-Werte gelten auch in der NISV (CH) und der BlmSchV (D). ICNIRP Internationale Kommission für den Schutz vor nichtionisierender Strahlung Ahaus, 8. April

91 Spektrum eines B-Feldes B bei NSV Ahaus, 8. April

92 Oberschwingungen und Bewertungsmethoden Magnetfeld (Mittelwert ohne Hochrechnung) auf der Höhe Polleiter: STD EN B B NISV Zi. 221 Gen.Public basierend Frequenzbereich Hz 50Hz 5Hz-32kHz Hz Hz Messwert 54µT 52µT 96% 169% 74% 101% 44% Magnetfeld (Mittelwert ohne Hochrechnung) auf der Höhe Neutralleiter: STD EN B B NISV Zi. 221 Gen.Public basierend Frequenzbereich Hz 50Hz 5Hz-32kHz Hz Hz Trafobelastung Trafobelastung Messwert 32µT 28µT 74% 132% 57% 82% 45% Unterschied als Faktor Ahaus, 8. April

93 Immissionsgrenzwerte 16.7 Hz 50 Hz 150 Hz 250 Hz Breitband 300 µt 100 µt 33.3 µt 20 µt? 10 kv/m 5 kv/m 1.67 kv/m 1 kv/m? Nach: ICNIRP / NISV / 26. BlmSchV / VDE0848 Ahaus, 8. April

94 Wirkungen auf den Menschen Die Hinweise auf eine leukämiefördernde Wirkung von schwachen niederfrequenten Magnetfeldern im Kindesalter haben sich tendenziell bestätigt. Die Wirkungsschwelle kann durchaus unter 1 µt liegen. (statistischer Zusammenhang aus epidemiologischen Studien) Versuche mit Ratten haben ergeben, dass die Ausschüttung von Melatonin auch durch 50 Hz Magnetfelder beeinflusst wird. (verringerte Ausschüttung bereits ab 1 µt) Melatonin hat unter bestimmten Bedingungen wachstumshemmende Wirkung auf die Bildung von Tumorzellen. Die Symptome aus dem Bereich der Elektrosensitivität sind aus der Sicht des Gesundheitsschutzes ernst zu nehmen. Auszüge aus: Begrenzung der Immissionen von nichtionisierender Strahlung, Nr.302, BUWAL Ahaus, 8. April

95 Beispiel Immission 100 µt Menschlicher Körper 20 cm 1000 A (Leiterabstand:18,5 cm) Ahaus, 8. April

96 Ansicht / Schnitt Ahaus, 8. April

97 Schnitt Ahaus, 8. April

98 Schirmung magnetischer Wechselfelder Material Abschirmmechanismus Abschirmwirkung Bemerkung Rostfreies Stahlblech Induziertes Gegenfeld Schlecht Nichtmagnetisch, Geringe Leitfähigk. Stahlblech (magnetisch) Führung des Flusses, Induziertes Gegenfeld Gering Leichtmagnetisch, Geringe Leitfähigk. Eisenblech (Trafoblech) Führung des Flusses Gut Magnetisch, Geringe Leitfähigk. Ni-Fe-Bleche (Mu-Metall, usw.) Führung des Flusses Sehr gut Hochmagnetisch, Geringe Leitfähigk. Aluminiumblech Induziertes Gegenfeld Gut Hochleitfähig, Nichtmagnetisch Cu-Kabelschleife Induziertes Gegenfeld Merklich Fallspezifisch Ahaus, 8. April

99 Abschirmung von Magnetfeldern Teilabschirmung der NS-Anschlüsse an einem 1000 kva Transformator Ahaus, 8. April

100 Kommunikation Beeinflussung von geschirmtenund ungeschirmten Systemen EMV-Konformität Ahaus, 8. April

101 Spannung am Netzgerät in % der Nennspannung Keine Unterbrechung in der Funktion Verbotener Bereich Beschädigung ITI (CBEMA) Kurve Für Geräte und Einrichtungen der Informationstechnik Unterbruch ohne Beschädigung Dauer Ahaus, 8. April

102 Signalübertragung Sensor Für die Signalübertragung auf Cu-Leitungen werden hauptsächlich verdrillte Leiterpaare und Koaxialleitungen eingesetzt Die Symmetrien der Leiteranordnungen sind wichtig Signalbezugsmassen müssen beachtet werden Eingekoppelte Störungen sind meistens Gleichtaktsignale (commonmode) Nutzsignale sind meistens Gegentaktsignale (differentialmode) Ahaus, 8. April

103 Kommunikationssignale Die Signalformen der Nutzsignale in Ader 1 und Ader 2 sind zueinander entgegengesetzt Bei der Signalaufbereitung im Empfänger wird das Nutzsignal als Differenz der beiden Anteile gebildet Nutzsignal in Ader 1 Differenz Nutzsignal in Ader 2 Ahaus, 8. April

104 HF-Einkopplungen Im Idealfall sind die Signalformen der Einkopplungen in Ader 1 und Ader 2 identisch Bei der Signalaufbereitung im Empfänger heben sich die Einkopplungen auf (Differenz ergibt Null) Störeinkopplung in Ader 1 = Störeinkopplung in Ader 2 Ahaus, 8. April

105 HF-Einkopplungen Im Realfall sind die Signalformen der Einkopplungen in Ader 1 und Ader 2 leicht verschieden Bei der Signalaufbereitung im Empfänger verbleiben gewisse Störanteile (Differenz ergibt nicht Null) Störeinkopplung in Ader 1 = Störeinkopplung in Ader 2 Ahaus, 8. April

106 NEXT Near End Cross Talk besser Wichtiger Kommunikationskabel- Parameter, der die Signal- Überkopplung zwischen Aderpaaren angibt NEXT kann auch als Nahnebensprechdämpfung verstanden werden NEXT: Vnext / Vin Kabeldämpfung: Vout / Vin Ahaus, 8. April

107 Einzug Niemals an den Adern ziehen Falls Schirm vorhanden, Schirmgeflecht fassen Für ungeschirmte Kabel Strumpf benutzen Die vom Kabelhersteller angegebenen Zugkräfte einhalten Bilder: Häusler Netzwerk-Beratung Ahaus, 8. April

108 Vorbereitung Adern nicht unnötig überkreuzen oder abknicken Aderpaare nur ganz am Ende auftrennen Drähte nicht verdrücken Bilder: Häusler Netzwerk-Beratung Saubere konzentrierte Arbeit unabdingbar Direkter Einfluss auf NEXT Ahaus, 8. April

109 Anschlussvorbereitung falsch richtig Bilder: Häusler Netzwerk-Beratung Ahaus, 8. April

110 Anschluss S-FTPS FTP-Kabel Bilder: Häusler Netzwerk-Beratung Aderpaare einzeln geschirmt Folienschirm nicht beschädigen Folie bei S-FTP-Kabeln bis unmittelbar zum Anschluss führen Direkter Einfluss auf NEXT Ahaus, 8. April

111 Alien Crosstalk Bei nahe aneinanderliegenden ungeschirmten Netzwerkkabeln treten Überkopplungen auf zwischen benachbarten Kabeln Auf das gemessene Kabel koppeln drei benachbarte Kabel ein (Fremdbeeinflussung) besser UTP-Kabel (ungeschirmt) S-FTP-Kabel (geschirmt) Messungen durch GHMT (neutrales Institut) Ahaus, 8. April

112 Informationstechnische Kabel sind in metallisch durchverbundenen Wannen zu verlegen Ahaus, 8. April

113 Optimale Schirmanbindungen erfordern periphere Kontaktierungen Ahaus, 8. April

114 Die erforderliche Zugentlastung reduziert das System um eine mögliche Störquelle Ahaus, 8. April

115 TIPPS Kabelverlegung Kommunikation Kabel trocken lagern Kabel radial abrollen, vorzugsweise Abrollgerät verwenden Druckstellen und Knicke vermeiden Kabeleinzug mit minimaler Zugkraft Einzugbefestigung über Mantel oder Geflecht Biegeradien mind x Kabeldurchmesser Einführung von Rohren in UP-Kasten mit grösstmöglicher Platzfreiheit und ohne Knicke Distanzieren von Starkstromkabeln Ahaus, 8. April

116 TIPPS Anschluss Kommunikationskabel Elektrisch kompatible Produkte verwenden (Interoperabilität von Stecker / Buchsen) Aderpaaranordnung nur soweit als zwingend notwendig verändern Bei Buchsenmontage in die Halterung nur am Kabel und nicht an der Buchse drehen Verdrillungen nicht öffnen, bis an die Klemmstelle führen (Ein- Überkopplung) Parallelführung von zwei Adern vermeiden (Übersprechen benachbarte Aderpaare) Ahaus, 8. April

117 Störungssuche Signalleitung / Bus Komponenten, systeminterne Fehler EMV - Störempfindlichkeit System EMV - spezielle Störer, Störwirkungen Alles korrekt angeschlossen? Alles gemäss Herstellerangaben installiert? Geräte / Komponenten funktionstüchtig? (CE?) Komponenten aufeinander abgestimmt? Programmierung korrekt? (Adressen,..) Software i.o.? Kabelverlegung korrekt, einwandfrei? Keine Beschädigungen? Störquellen in der Nähe? (Störer: CE?) (FU, FL, Schaltvorgänge...) Systematik in der Fehlfunktion erkennbar? Reproduzierbarkeit? Zusammenhang mit anderen Prozessen / Abläufen? Ahaus, 8. April

118 EMV-Konformität Gemäss VEMV (CH) und EMVG (D) dürfen Geräte nur in Verkehr gebracht werden, wenn sie den grundlegenden Anforderungen nach Artikel 4 der EG- Richtlinie 89/336 (EMV-Richtlinie) entsprechen. Das CE-Zeichen darf erst angebracht werden, wenn sichergestellt ist, dass alle einschlägigen Anforderungen erfüllt sind. Die Zertifizierungsdokumente sind auf Verlangen vorzuweisen. Alle Geräte für Kommunikation, Steuer- und Regeltechnik, Niederspannung, Schaltgerätekombinationen usw. müssen zertifiziert sein. Ahaus, 8. April

119 Konzept Gliederung Verknüpfung Energie / Kommunikation Grundlagen Ahaus, 8. April

120 Konzeptübersicht HLSK NSHV KOM NSV T MSV Ahaus, 8. April

121 Detail 7: Gliederung Erschliessung HLSK NSHV KOM NSV T MSV Ahaus, 8. April

122 Geschoss- / Mietererschliessung Beispiel mit zwei Mietern Ahaus, 8. April

123 Geschoss- / Mietererschliessung Beispiel mit einem Mieter Ahaus, 8. April

124 EMV-Konzept Beispiel Quelle: Ing. Büro J. Häfliger, Luzern Ahaus, 8. April

125 EMV-Konzept (Detail) Beispiel 1 Verbindung mit örtlicher Armierung 2 Anbindung Technik ab örtlicher Armierung 3 Verbindung Trasse Ende mit örtlicher Armierung 4 Verbindung Trasse / Verteilschrank 5 Verbindung Trasse / Trasse 6 Trasse Metall durchgehend verbunden Quelle: Ing. Büro J. Häfliger, Luzern Ahaus, 8. April

126 RCM-Überwachung in TN-S-Netzen Netzen Betriebsmittel Betriebsmittel Vermeidung von ungewollten Doppelerdungen sowie Überlastung des N-Leiters durch gezielte Stromüberwachungen mit RCM Armierung / PA-System Haupterdung Trafostation RCM-Nullungsüberwachung RCM- Neutralleiterüberwachung Ahaus, 8. April

127 Summenstromüberwachungen (RCM) geben Informationen zur Qualität einer Anlage Ahaus, 8. April

128 Werkleitungen als SPE Heizung Telefon Werkleitungen: Starkstrom Telefon Antenne TV Heizung Wasser V U = 0 V U = 0 Fundamenterder / Armierung Wasser Gemeinsame Einführung = zweckmässig Verteilte Einführung = unzweckmässig In Anlehnung an SN Ahaus, 8. April

129 TIPPS Netzstruktur Energieversorgungs- und Kleinspannungssysteme in Baumstruktur, bzw. sternförmig Werkleitungen vorzugsweise an einer Stelle ins Gebäude einführen Energieversorgung ab den NSV der TS in TN-S Neutralleiter der Hauptleitungen nicht reduzieren. Gegebenenfalls sind diese zu verstärken Gemeinsame Steigzonen für Stark- und Schwachstromsysteme Ahaus, 8. April

130 TIPPS Installationen Für Stark- und Schwachstrom gilt grundsätzlich: Aufbau in Baumstruktur Verbindungen über Astenden vermeiden Kabel mit Schirmungsfunktionen unmittelbar auf leitenden Flächen verlegen Hin- und Rückleiter gemeinsam führen Bei Anschlüssen an Geräten keine Reserveschlaufen Sämtliche an Leitungssysteme angeschlossene Geräte müssen zertifiziert sein (CE-Zeichen) Ahaus, 8. April

131 Nachhaltigkeit Wertsteigerung Sicherheit Return on Investment Ahaus, 8. April

132 Wertsteigerung Die aktuelle Gesetzgebung (VEMV, EleG, NEV, NIN, NIV usw.) macht EMV-Vorkehrungen unumgänglich. Die Massnahmen steigern den Wert einer Einrichtung. EMV-Massnahmen erfordern insbesondere im informationstechnischen Bereich zusätzliche Engineering- und Montageleistungen Zur Wertsteigerung tragen bei: Optimale Planung und Koordination Informationsfluss Qualität der Ausführung Nachgeführte Ausführungsunterlagen und genaue Funktionsinformationen Ahaus, 8. April

133 Sicherheit EMV-Massnahmen erhöhen den Personenschutz und die Funktionssicherheit Optimale Sicherheit wird erreicht wenn: Sachkenntnisse vorliegen Qualitätsprodukte verwendet werden Ausgebildete Fachleute eingesetzt werden Qualitätskontrollen konsequent durchgeführt werden. EMV-Massnahmen erhöhen die Sicherheit einer Baugruppe, eines Gerätes oder einer Anlage. Ahaus, 8. April

134 Return on Investment Investitionen für EMV- Massnahmen sind gering. Sie bewirken Erhöhte Funktionssicherheit Weniger Betriebsstörungen, Ausfallraten und Unterbruchszeiten Reduzierung der Folgekosten Geringere Reparatur- und Unterhaltskosten Erhöhter Personen- und Geräteschutz Investitionen in Schulung, z.b. Workshop im Rahmen eines Projektablaufes Ahaus, 8. April

135 Nur konsequente EMV-Massnahmen Massnahmen erhöhen die Funktionssicherheit und sind wertsteigernd! Ahaus, 8. April